8 Schlüsselprinzipien für die Wahl der richtigen SPS

Vor der Auswahl einer SPS ist es wichtig, das Systemschema zu bestimmen. Sobald das Systemschema festgelegt ist, können Sie den Hersteller und das Modell auswählen, das Ihren Anforderungen am besten entspricht.

Dieser Artikel enthält detaillierte Informationen über Hersteller, Modelle, Anzahl der Ein-/Ausgangspunkte (E/A), Steuerungsfunktionen und vieles mehr, um Ihnen bei der Auswahl der am besten geeigneten SPS für Ihre Anforderungen zu helfen.

1. Hersteller von PLCs

Bei der Auswahl eines Herstellers für Ihre SPS ist es wichtig, Faktoren wie die Anforderungen der Gerätebenutzer, die Vertrautheit der Konstrukteure mit den SPS verschiedener Hersteller und deren Konstruktionsgewohnheiten, die Konsistenz der kompatiblen Produkte und die technischen Dienstleistungen zu berücksichtigen.

Was die Zuverlässigkeit der SPS selbst anbelangt, so sollte es im Prinzip keine Probleme mit der Zuverlässigkeit von Produkten großer ausländischer Unternehmen geben. Im Allgemeinen haben japanische SPS-Produkte bei der Steuerung unabhängiger Geräte oder einfacherer Steuerungssysteme gewisse Kostenvorteile.

Bei größeren verteilten Steuerungssystemen mit hohen Anforderungen an die Netzkommunikation und Offenheit haben europäische und amerikanische SPS Vorteile bei der Netzkommunikationsfunktionalität.

Darüber hinaus sollten für einige spezielle Industriezweige (z. B. Metallurgie und Tabakindustrie) SPS-Systeme mit ausgereifter und zuverlässiger Betriebsleistung in dem betreffenden Industriebereich ausgewählt werden.

2. Anzahl der Eingabe-/Ausgabepunkte (E/A)

Die Anzahl der E/A-Punkte einer SPS ist einer ihrer grundlegenden Parameter. Die Bestimmung der Anzahl der E/A-Punkte sollte auf der Gesamtzahl der für die Steuerungsausrüstung erforderlichen E/A-Punkte basieren.

Im Allgemeinen sollten SPS über angemessene Spielräume für E/A-Punkte verfügen. In der Regel können diese Daten nach Addition von 10% bis 20% erweiterbarer Margen auf der Grundlage der berechneten Eingangs-/Ausgangspunktstatistiken als geschätzte Eingangs-/Ausgangspunktzahl verwendet werden.

Bei der Erteilung von Aufträgen muss die Anzahl der Ein-/Ausgangspunkte auf der Grundlage der spezifischen Merkmale des SPS-Produkts des Herstellers angepasst werden.

3. Speicherkapazität

Die Speicherkapazität bezieht sich auf die Größe des Hardwarespeichers, den die speicherprogrammierbare Steuerung zur Verfügung stellen kann, während sich die Programmkapazität auf die Größe der Speichereinheit bezieht, die von dem Benutzeranwendungsprojekt im Speicher verwendet wird.

Daher ist die Programmkapazität kleiner als die Speicherkapazität. Da das Anwenderprogramm in der Entwurfsphase noch nicht kompiliert wurde, ist die Programmkapazität nicht bekannt und kann erst nach dem Debugging des Programms ermittelt werden.

Zur Abschätzung der Programmkapazität während des Konstruktionsauswahlprozesses wird in der Regel die geschätzte Speicherkapazität als Ersatz verwendet. Es gibt keine feste Formel für die Schätzung der Speicherkapazität der SPS, und viele Literaturquellen liefern unterschiedliche Formeln.

Im Allgemeinen wird die Gesamtzahl der Wörter im Speicher auf das 10-15-fache der Anzahl der digitalen E/A-Punkte plus das 100-fache der Anzahl der analogen E/A-Punkte geschätzt (jedes Wort besteht aus 16 Bits), und es sollte auch eine zusätzliche 25%-Marge berücksichtigt werden.

4. Kontrolle Funktion

Diese Auswahl umfasst die Wahl der Betriebs-, Steuerungs-, Kommunikations-, Programmier- und Diagnosefunktionen sowie der Verarbeitungsgeschwindigkeit.

1. Operative Funktion

Zu den Betriebsfunktionen einer einfachen SPS gehören logische Operationen, Zeitmessung und Zählfunktionen. Zu den Betriebsfunktionen einer normalen SPS gehören auch Datenverschiebung, Vergleich und andere Betriebsfunktionen.

Zu den komplexeren Betriebsfunktionen gehören algebraische Operationen, Datenübertragung usw. Große SPS verfügen auch über erweiterte Betriebsfunktionen wie PID-Betrieb für analoge Signale.

Mit dem Aufkommen offener Systeme verfügen die meisten SPS jetzt über Kommunikationsfunktionen, einige Produkte können mit untergeordneten Maschinen kommunizieren, andere mit gleichrangigen oder übergeordneten Computern, und einige haben sogar Datenkommunikationsfunktionen mit Fabriken oder Unternehmensnetzwerken.

Bei der Auswahl der SPS auf der Grundlage der tatsächlichen Anforderungen ist es wichtig, die erforderlichen Betriebsfunktionen vernünftig auszuwählen.

In den meisten Anwendungsszenarien werden nur logische Operationen und Zeitmess-/Zählfunktionen benötigt.

Einige Anwendungen erfordern Datenübertragung und -vergleich, und algebraische Operationen, numerische Konvertierung und PID-Operationen werden nur für die Erkennung und Steuerung analoger Signale verwendet. Einige Anwendungen erfordern auch Dekodier- und Kodiervorgänge zur Anzeige von Daten.

2. Kontrolle Funktion

Zu den Regelungsfunktionen gehören PID-Regelungsvorgänge, Vorwärtskompensationsregelungsvorgänge, Verhältnisregelungsvorgänge usw., die auf der Grundlage der Regelungsanforderungen festgelegt werden sollten. Da die SPS hauptsächlich für die sequentielle Logiksteuerung verwendet wird, werden in den meisten Szenarien Einkreis- oder Mehrkreisregler zur Lösung der analogen Steuerung eingesetzt.

Manchmal werden spezielle intelligente Eingabe-/Ausgabeeinheiten verwendet, um die erforderlichen Steuerungsfunktionen zu vervollständigen, die Verarbeitungsgeschwindigkeit der SPS zu erhöhen und Speicherkapazität zu sparen. Zum Beispiel die Verwendung von PID-Regelungseinheiten, Hochgeschwindigkeitszählern, analogen Einheiten mit Geschwindigkeitskompensation, ASCII-Konvertierungseinheiten, usw.

3. Kommunikation Funktion

Mittelgroße bis große SPS-Systeme sollten mehrere Feldbusse und Standard-Kommunikationsprotokolle (z. B. TCP/IP) unterstützen und in der Lage sein, sich bei Bedarf mit Fabrikmanagement-Netzwerken (TCP/IP) zu verbinden.

Das Kommunikationsprotokoll sollte den ISO/IEEE-Kommunikationsstandards entsprechen und ein offenes Kommunikationsnetz sein.

Die Kommunikationsschnittstelle des SPS-Systems sollte serielle und parallele Kommunikationsschnittstellen (RS2232C/422A/423/485), RIO-Kommunikationsports, industrielles Ethernet, gängige DCS-Schnittstellen usw. umfassen.

Der Kommunikationsbus von mittelgroßen bis großen SPS (einschließlich der Schnittstellengeräte und Kabel) sollte redundant ausgelegt sein und den internationalen Normen entsprechen. Die Kommunikationsentfernung sollte den tatsächlichen Anforderungen des Geräts entsprechen.

Im Kommunikationsnetz des SPS-Systems sollte die Kommunikationsrate des übergeordneten Netzes größer als 1 Mbps sein, und die Kommunikationslast sollte 60% nicht überschreiten.

Das Kommunikationsnetz des SPS-Systems hat mehrere Formen:

  • Der PC ist die Hauptstation, und mehrere PLCs desselben Modells sind die Unterstationen, die ein einfaches PLC-Netzwerk bilden;
  • Eine SPS ist die Hauptstation, und andere SPS desselben Modells sind Unterstationen, die ein Master-Slave-SPS-Netzwerk bilden;
  • Das SPS-Netzwerk ist über eine spezielle Netzwerkschnittstelle als Subnetz des DCS mit einem großen DCS verbunden;
  • Ein dediziertes PLC-Netzwerk (dediziertes PLC-Kommunikationsnetzwerk verschiedener Hersteller).

Um die Kommunikationsaufgabe der CPU zu reduzieren, sollten verschiedene Kommunikationsprozessoren mit unterschiedlichen Kommunikationsfunktionen (z. B. Punkt-zu-Punkt, Feldbus, industrielles Ethernet) entsprechend den tatsächlichen Anforderungen der Netzzusammensetzung ausgewählt werden.

4. Programmierung Funktion

Offline-Programmierung:

Die SPS und das Programmiergerät teilen sich eine CPU. Im Programmiermodus dient die CPU nur dem Programmiergerät und steuert nicht das Feldgerät. Nach Abschluss der Programmierung schaltet das Programmiergerät in den Betriebsmodus, und die CPU steuert das Feldgerät, kann aber keine Programmierung durchführen.

Die Offline-Programmierung senkt die Systemkosten, ist aber umständlich in der Anwendung und bei der Fehlersuche.

Online-Programmierung:

Die CPU und das Programmiergerät haben ihre eigenen CPUs. Die Haupt-CPU ist für die Feldsteuerung zuständig und tauscht in einem Abtastzyklus Daten mit dem Programmiergerät aus. Das Programmiergerät sendet das online programmierte Programm oder die Daten an den Host, und der Host läuft entsprechend dem neuen empfangenen Programm im nächsten Abfragezyklus.

Diese Methode ist zwar mit höheren Kosten verbunden, aber die Fehlersuche und der Betrieb des Systems sind bequem und werden häufig bei mittleren bis großen SPSen eingesetzt.

Fünf standardisierte Programmiersprachen:

Ablaufdiagramm (SFC), Kontaktplan (LD), Funktionsblockdiagramm (FBD) drei grafische Sprachen und Anweisungsliste (IL) und strukturierter Text (ST) zwei Textsprachen.

Die gewählte Programmiersprache sollte ihrer Norm (IEC6113123) entsprechen und mehrsprachige Programmierformen wie C, Basic, Pascal usw. unterstützen, um den Anforderungen spezieller Steuerungsszenarien gerecht zu werden.

5. Diagnostische Funktion

Die Diagnosefunktion der SPS umfasst Hardware- und Softwarediagnose. Die Hardware-Diagnose ermittelt den Ort von Hardware-Fehlern durch logische Beurteilungen der Hardware, während die Software-Diagnose interne und externe Diagnosen umfasst.

Die Diagnose der Leistung und der Funktionen der SPS intern durch Software ist eine interne Diagnose, während die Diagnose der CPU und der Informationsaustauschfunktion der externen Eingangs-/Ausgangskomponenten durch Software eine externe Diagnose ist.

Die Stärke der Diagnosefunktion der SPS wirkt sich direkt auf die erforderlichen technischen Fähigkeiten des Bedienungs- und Wartungspersonals aus und beeinflusst die durchschnittliche Reparaturdauer.

6. Verarbeitungsgeschwindigkeit

Die SPS arbeitet im Scanning-Modus. Unter dem Gesichtspunkt der Echtzeitanforderungen sollte die Verarbeitungsgeschwindigkeit so schnell wie möglich sein. Ist die Signaldauer kürzer als die Abtastzeit, ist die SPS nicht in der Lage, das Signal abzutasten, was zu einem Verlust von Signaldaten führt.

Die Verarbeitungsgeschwindigkeit hängt von der Länge des Benutzerprogramms, der CPU-Verarbeitungsgeschwindigkeit, der Softwarequalität usw. ab.

Derzeit sind die Reaktionszeit und die Geschwindigkeit der SPS-Kontakte schnell, und die Ausführungszeit jeder binären Anweisung ist etwa 0,2 ~ 0,4 μs, die die Anforderungen der hohen Kontrolle und schnelle Reaktion Anwendungen erfüllen können.

Der Scan-Zyklus (Prozessor-Scan-Zyklus) sollte die folgenden Kriterien erfüllen: Die Scan-Zeit einer kleinen SPS sollte 0,5 ms/K nicht überschreiten, und die Scan-Zeit einer mittleren bis großen SPS sollte 0,2 ms/K nicht überschreiten.

7. PLC-Modelle

SPS lassen sich aufgrund ihrer Struktur in zwei Typen einteilen: integrierte und modulare.

Integral-SPSen haben eine relativ feste und geringe Anzahl von E/A-Punkten, was die Auswahlmöglichkeiten des Benutzers einschränkt und typischerweise in kleinen Steuerungssystemen verwendet wird. Beispiele für diesen Typ sind die Siemens S7-200-Serie, die Mitsubishi FX-Serie und die Omron CPM1A-Serie.

Modulare SPSen bieten mehrere E/A-Module, die in die SPS-Grundplatine eingesteckt werden können, so dass der Benutzer die Anzahl der E/A-Punkte nach seinen Bedürfnissen auswählen und konfigurieren kann.

Dies macht modulare SPS-Konfigurationen flexibler und wird häufig in mittleren bis großen Steuerungssystemen eingesetzt. Beispiele für diesen Typ sind die Serien S7-300 und S7-400 von Siemens, die Q-Serie von Mitsubishi und die CVM1-Serie von Omron.

8. Auswahl der verschiedenen Module

1. Digitales E/A-Modul

Bei der Auswahl der digitalen Eingangs-/Ausgangsmodule sollten die Anwendungsanforderungen berücksichtigt werden. Bei Eingangsmodulen sollten beispielsweise die Eingangssignalpegel, die Übertragungsentfernungen usw. berücksichtigt werden.

Es gibt auch viele Arten von Ausgangsmodulen, wie z. B. Relaiskontaktausgänge, bidirektionale AC120V/23V Thyristorausgänge, DC24V Transistorantriebe, DC48V Transistorantriebe, usw.

Normalerweise haben Relaisausgangsmodule die Vorteile niedriger Kosten und eines großen Spannungsbereichs. Sie haben jedoch eine kürzere Lebensdauer, eine längere Reaktionszeit und erfordern Überspannungsschutzschaltungen, wenn sie mit induktiven Lasten verwendet werden.

Bidirektionale Thyristorausgangsmodule haben eine schnellere Reaktionszeit und eignen sich für häufiges Schalten und Lastfälle mit niedrigem Leistungsfaktor, sind aber teurer und haben eine geringere Überlastfähigkeit.

Darüber hinaus können die Ein-/Ausgangsmodule je nach Anzahl der Ein-/Ausgänge in Spezifikationen wie 8-Punkt, 16-Punkt, 32-Punkt usw. unterteilt werden und sollten entsprechend dem tatsächlichen Bedarf angemessen ausgestattet werden.

2. Analoges E/A-Modul

Analoge Eingabemodule können je nach Art der analogen Eingangssignale in Stromeingang, Spannungseingang, Thermoelement usw. unterteilt werden.

Der Signalpegel eines Stromeingangsmoduls beträgt in der Regel 4~20mA oder 0~20mA, während der eines Spannungseingangsmoduls in der Regel 0~10V, -5V~+5V, etc. beträgt. Einige analoge Eingangsmodule können sowohl mit Spannungs- als auch mit Stromeingangssignalen kompatibel sein.

Analogausgangsmodule haben auch einen Spannungsausgang und einen Stromausgang. Der Signalbereich des Stromausgangs ist in der Regel 0~20mA, 4~20mA, während der Signalbereich des Spannungsausgangs in der Regel 0~0V, -10V~+10V, etc. ist.

Analoge Eingangs-/Ausgangsmodule können je nach Anzahl der Eingangs-/Ausgangskanäle in Spezifikationen wie 2-Kanal, 4-Kanal, 8-Kanal usw. unterteilt werden.

3. Funktionsbausteine

Zu den Funktionsmodulen gehören Kommunikationsmodule, Positionierungsmodule, Impulsausgangsmodule, Hochgeschwindigkeits-Zählmodule, PID-Regelmodule, Temperaturregelmodule usw.

Bei der Auswahl einer SPS sollte die Möglichkeit der Abstimmung von Funktionsmodulen berücksichtigt werden, was sowohl Hardware- als auch Softwareaspekte umfasst.

8. Allgemeine Regeln

Nachdem das SPS-Modell und die Spezifikationen grob festgelegt sind, können die grundlegenden Spezifikationen und Parameter der einzelnen Komponenten der SPS nacheinander entsprechend den Steuerungsanforderungen bestimmt und die Modelle der einzelnen Komponentenmodule ausgewählt werden.

Bei der Auswahl von Modulmodellen sollten die folgenden Grundsätze beachtet werden:

1. Wirtschaft

Bei der Auswahl einer SPS sollte das Preis-Leistungs-Verhältnis berücksichtigt werden. Bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit sollten Faktoren wie Skalierbarkeit der Anwendung, Bedienbarkeit, Input-Output-Verhältnis usw. verglichen und abgewogen werden, um ein zufriedenstellendes Produkt auszuwählen.

Die Anzahl der Eingangs-/Ausgangskarten wirkt sich direkt auf den Preis aus. Eine Erhöhung der Anzahl der Ein-/Ausgangskarten erfordert zusätzliche Kosten. Wenn die Anzahl der Punkte auf einen bestimmten Wert steigt, müssen auch die entsprechende Speicherkapazität, das Rack, die Hauptplatine usw. erhöht werden.

Daher hat die Erhöhung der Anzahl der Punkte Auswirkungen auf die Auswahl der CPU, die Speicherkapazität und den Umfang der Steuerungsfunktionen. Dies sollte bei der Abschätzung und Auswahl umfassend berücksichtigt werden, damit das gesamte Steuerungssystem ein vernünftiges Preis-Leistungs-Verhältnis aufweist.

2. Bequemlichkeit

Im Allgemeinen gibt es viele Arten von Modulen, die die Steuerungsanforderungen einer SPS erfüllen können. Bei der Auswahl sollte der Grundsatz der Vereinfachung des Schaltungsdesigns, der Benutzerfreundlichkeit und der Minimierung externer Steuerungskomponenten beachtet werden.

Bei den Eingangsmodulen sollte beispielsweise die Eingangsform, die direkt mit externen Erfassungselementen verbunden werden kann, bevorzugt werden, um den Einsatz von Schnittstellenschaltungen zu vermeiden.

Bei Ausgangsmodulen sollten Ausgangsmodule, die Lasten direkt ansteuern können, Vorrang haben, und Zwischenrelais und andere Komponenten sollten minimiert werden.

3. Allgemeinheit

Bei der Auswahl sollten die Einheitlichkeit und Allgemeinheit der einzelnen Module der SPS berücksichtigt werden, um zu viele Modultypen zu vermeiden.

Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die Beschaffung aus, da weniger Ersatzteile benötigt werden, sondern erhöht auch die Austauschbarkeit der verschiedenen Systemkomponenten, was die Konstruktion, Inbetriebnahme und Wartung erleichtert.

4. Kompatibilität

Bei der Auswahl jedes einzelnen Moduls des SPS-Systems sollte die Kompatibilität in vollem Umfang berücksichtigt werden, um Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden.

Die Anzahl der Hersteller der Hauptkomponenten des SPS-Systems sollte nicht zu groß sein. Wenn möglich, sollten Produkte desselben Herstellers gewählt werden.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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